Uranhexafluorid – Wikipedia

	Uranhexafluorid
Systematiskt namn	Uran(IV)hexafluorid
Övriga namn	Hex
Kemisk formel	UF6
Molmassa	352,02 g/mol
Utseende	Färglösa kristaller
CAS-nummer	7783-81-5
SMILES	F[U](F)(F)(F)(F)F
Egenskaper
Densitet	5,09 g/cm³
Löslighet (vatten)	Hydrolys
Smältpunkt	64,8 °C (Trippelpunkt)
Kokpunkt	56,5 °C (Sublimerar)
Faror
Huvudfara	Mycket giftig Miljöfarlig
NFPA 704	0 4 2 W+OX
LD50	50 mg/kg
	SI-enheter & STP används om ej annat angivits

Uranhexafluorid (UF₆), även känd som hex, är en kemisk förening av uran och fluor. Uranhexafluorid är ett flyktigt vitt fast ämne som reagerar med vatten och frigör frätande fluorvätesyra. Föreningen reagerar milt med aluminium och bildar ett tunt ytskikt av AlF₃ som motstår ytterligare reaktioner från föreningen. UF₆ används för att anrika uran, som produceras för tillverkning av bränsle för kärnreaktorer och kärnvapen. Uranhexafluorid korroderar även de flesta metaller.

Framställning

Malen uranmalm — U₃O₈ eller "yellow cake" — löses i salpetersyra och ger en lösning av uranylnitrat UO₂(NO₃)₂. Rent uranylnitrat erhålls genom lösningsmedelsextraktion och behandlas sedan med ammoniak för att framställa ammoniumdiuranat ("ADU", (NH₄)₂U₂O₇). Reduktion med väte ger UO₂, som omvandlas med fluorvätesyra (HF) till urantetrafluorid, UF₄. Oxidation av detta med fluor ger UF₆.

Under kärnupparbetning reageras uran med klortrifluorid för att ge UF₆:

U + 2 ClF₃ → UF₆ + Cl₂

Egenskaper

Fysiska egenskaper

Vid atmosfärstryck sublimerar uranhexafluorid vid 56,5 °C.^[2] Det fasta tillståndets struktur bestämdes genom neutrondiffraktion vid 77 K och 293 K.^[3]^[4]

Kul-och-stick-modell av enhetscellen för uranhexafluorid^[5]
Bindningslängder och vinklar för gasformig uranhexafluorid^[6]

Kemiska egenskaper

Det har visat sig att uranhexafluorid är en oxidant^[7] och en Lewissyra som kan binda till fluor. Till exempel rapporteras reaktionen av koppar(II)fluorid med uranhexafluorid i acetonitril bilda koppar(II)heptafluorouranat(VI), Cu(UF7)2.^[8]

Polymera uran(VI)fluorider som innehåller organiska katjoner har isolerats och karakteriserats genom röntgendiffraktion.^[9]

Användning i kärnbränslecykeln

Som en av de mest flyktiga uranföreningarna är uranhexafluorid relativt bekväm att bearbeta och används i båda de viktigaste urananrikningsmetoderna, nämligen gasdiffusion och gascentrifugmetoden. Eftersom trippelpunkten för UF₆ — 64 °C och 152 kPa^[10] — ligger nära omgivningsförhållandena kan fasövergångar uppnås i en bearbetningsanläggning med litet termodynamiskt arbete.

Fluor har bara en enda naturligt förekommande stabil isotop, så isotopologer av UF₆ skiljer sig åt i sin molekylvikt baserat enbart på den närvarande uranisotopen.^[11] Denna skillnad är grunden för den fysiska separationen av uranisotoper vid anrikning. Omvandlingsfaktorn för ²³⁸U-isotopen för UF₆ ("hex") till "U-massa" är .676.^[12]

Gasdiffusion kräver cirka 60 gånger så mycket energi som gascentrifugprocessen. Gasdiffusionsproducerat kärnbränsle producerar 25 gånger mer energi än vad som används i diffusionsprocessen, medan centrifugproducerat bränsle producerar 1 500 gånger mer energi än vad som används i centrifugprocessen.

Anrikning av uran ger upphov till stora mängder utarmat uranhexafluorid, eller DUF₆, som en avfallsprodukt. Långtidsförvaring av DUF₆ utgör miljö-, hälso- och säkerhetsrisker på grund av dess kemiska instabilitet. När UF₆ utsätts för fuktig luft reagerar den med vattnet i luften för att producera UO₂F₂(uranylfluorid) och HF (vätefluorid) som båda är mycket frätande och giftiga. År 2005 var 686 500 ton DUF₆ inrymt i 57 122 lagringscylindrar nära Portsmouth, Ohio, Oak Ridge, Tennessee, och Paducah, Kentucky.^[13]^[14] Förvaringscylindrar måste regelbundet inspekteras med avseende på tecken på korrosion och läckage. Stålcylindrarnas beräknade livslängd mäts i årtionden.^[13]^[14]

Referenser

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Uranium hexafluoride, 18 december 2022.

Noter

^ Uranium(VI) fluoride
^ Brickwedde, Ferdinand G.; Hoge, Harold J.; Scott, Russell B. (1948). ”The Low Temperature Heat Capacities, Enthalpies, and Entropies of UF₄ and UF₆”. J. Chem. Phys. 16 (5): sid. 429–436. doi:10.1063/1.1746914. Bibcode: 1948JChPh..16..429B.
^ J. H. Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). ”Structure of Fluorides. Part XII. Single-Crystal Neutron Diffraction Study of Uranium Hexafluoride at 293 K”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 219–224. doi:10.1039/DT9760000219.
^ J. H. Levy, J. C. Taylor and A. B. Waugh (1983). ”Neutron Powder Structural Studies of UF₆, MoF₆ and WF₆ at 77 K”. Journal of Fluorine Chemistry 23: sid. 29–36. doi:10.1016/S0022-1139(00)81276-2.
^ J. C. Taylor, P. W. Wilson, J. W. Kelly: „The structures of fluorides. I. Deviations from ideal symmetry in the structure of crystalline UF₆: a neutron diffraction analysis", Acta Crystallogr., 1973, B29, p. 7–12; doi:10.1107/S0567740873001895.
^ Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W.; Bernard (1968). ”Electron‐Diffraction Investigation of the Hexafluorides of Tungsten, Osmium, Iridium, Uranium, Neptunium, and Plutonium”. J. Chem. Phys. 48 (8): sid. 4001–4012. doi:10.1063/1.1669727. Bibcode: 1968JChPh..48.4001K. https://authors.library.caltech.edu/71173/. Arkiverad 11 januari 2023 hämtat från the Wayback Machine.
^ G. H. Olah; J. Welch (1978). ”Synthetic methods and reactions. 46. Oxidation of organic compounds with uranium hexafluoride in haloalkane solutions”. J. Am. Chem. Soc. 100 (17): sid. 5396–5402. doi:10.1021/ja00485a024.
^ J. A. Berry; R. T. Poole; A. Prescott; D. W. A. Sharp; J. M. Winfield (1976). ”The oxidising and fluoride ion acceptor properties of uranium hexafluoride in acetonitrile”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 272–274. doi:10.1039/DT9760000272.
^ S. M. Walker; P. S. Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). ”From Molecules to Frameworks: Variable Dimensionality in the UO₂(CH₃COO)₂·2H₂O/HF(aq)/Piperazine System. Syntheses, Structures, and Characterization of Zero-Dimensional (C₄N₂H₁₂)UO₂F₄·3H₂O, One-Dimensional (C₄N₂H₁₂)₂U₂F₁₂·H₂O, Two-Dimensional (C₄N₂H₁₂)₂(U₂O₄F₅)₄·11H₂O, and Three-Dimensional (C₄N₂H₁₂)U₂O₄F₆”. J. Am. Chem. Soc. 121 (45): sid. 10513–10521. doi:10.1021/ja992145f.
^ ”Uranium Hexafluoride: Source: Appendix A of the PEIS (DOE/EIS-0269): Physical Properties”. web.evs.anl.gov. https://web.evs.anl.gov/uranium/guide/ucompound/propertiesu/hexafluoride.cfm.
^ ”Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process”. Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process. USEC Inc. http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.asp. Arkiverad 19 oktober 2007 hämtat från the Wayback Machine. ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 19 oktober 2007. https://web.archive.org/web/20071019081831/http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.asp. Läst 11 januari 2023.
^ TranslatorsCafé (1 February 2021). ”Unit converter molar mass calculator”. Unit converter molar mass calculator. Mississauga, Ontario, Canada: ANVICA Software Development. https://www.translatorscafe.com/unit-converter/en-US/molar-mass/?q=UF6.
^ [a b] ”How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?”. Depleted UF₆ FAQs. Argonne National Laboratory. https://web.evs.anl.gov/uranium/faq/mgmt/faq23.cfm.
^ [a b] ”Documents”. Documents. http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. Arkiverad 16 februari 2008 hämtat från the Wayback Machine. ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 16 februari 2008. https://web.archive.org/web/20080216013118/http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. Läst 11 januari 2023.

Vidare läsning

Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 55, Uran, Teil A, p. 121–123.
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 55, Uran, Teil C 8, p. 71–163.
R. DeWitt: Uranium hexafluoride: A survey of the physico-chemical properties, Technical report, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Portsmouth, Ohio; 12. August 1960; doi:10.2172/4025868.
Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżynński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt, Stephen F. Wolf: Uranium Arkiverad 2012-01-18, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, p. 253–698; doi:10.1007/1-4020-3598-5_5 (p. 530–531, 557–564).
US-Patent 2535572: Preparation of UF₆; 26. December 1950.
US-Patent 5723837: Uranium Hexafluoride Purification; 3. March 1998.

Externa länkar

Wikimedia Commons har media som rör Uranhexafluorid.
Bilder & media
Simon Cotton (Uppingham School, Rutland, UK): Uranium Hexafluoride.
Uranium Hexafluoride (UF₆) – Physical and chemical properties of UF₆, and its use in uranium processing – Uranium Hexafluoride and Its Properties Arkiverad 2012-01-27
Import of Western depleted uranium hexafluoride (uranium tails) to Russia [dead link 30 June 2017]
Uranium Hexafluoride in www.webelements.com

[1] Uranium(VI) fluoride

[2] Brickwedde, Ferdinand G.; Hoge, Harold J.; Scott, Russell B. (1948). ”The Low Temperature Heat Capacities, Enthalpies, and Entropies of UF₄ and UF₆”. J. Chem. Phys. 16 (5): sid. 429–436. doi:10.1063/1.1746914. Bibcode: 1948JChPh..16..429B.

[3] J. H. Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). ”Structure of Fluorides. Part XII. Single-Crystal Neutron Diffraction Study of Uranium Hexafluoride at 293 K”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 219–224. doi:10.1039/DT9760000219.

[4] J. H. Levy, J. C. Taylor and A. B. Waugh (1983). ”Neutron Powder Structural Studies of UF₆, MoF₆ and WF₆ at 77 K”. Journal of Fluorine Chemistry 23: sid. 29–36. doi:10.1016/S0022-1139(00)81276-2.

[UF6_1973-5] J. C. Taylor, P. W. Wilson, J. W. Kelly: „The structures of fluorides. I. Deviations from ideal symmetry in the structure of crystalline UF₆: a neutron diffraction analysis", Acta Crystallogr., 1973, B29, p. 7–12; doi:10.1107/S0567740873001895.

[UF6_1968-6] Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W.; Bernard (1968). ”Electron‐Diffraction Investigation of the Hexafluorides of Tungsten, Osmium, Iridium, Uranium, Neptunium, and Plutonium”. J. Chem. Phys. 48 (8): sid. 4001–4012. doi:10.1063/1.1669727. Bibcode: 1968JChPh..48.4001K. https://authors.library.caltech.edu/71173/. Arkiverad 11 januari 2023 hämtat från the Wayback Machine.

[7] G. H. Olah; J. Welch (1978). ”Synthetic methods and reactions. 46. Oxidation of organic compounds with uranium hexafluoride in haloalkane solutions”. J. Am. Chem. Soc. 100 (17): sid. 5396–5402. doi:10.1021/ja00485a024.

[8] J. A. Berry; R. T. Poole; A. Prescott; D. W. A. Sharp; J. M. Winfield (1976). ”The oxidising and fluoride ion acceptor properties of uranium hexafluoride in acetonitrile”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 272–274. doi:10.1039/DT9760000272.

[9] S. M. Walker; P. S. Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). ”From Molecules to Frameworks: Variable Dimensionality in the UO₂(CH₃COO)₂·2H₂O/HF(aq)/Piperazine System. Syntheses, Structures, and Characterization of Zero-Dimensional (C₄N₂H₁₂)UO₂F₄·3H₂O, One-Dimensional (C₄N₂H₁₂)₂U₂F₁₂·H₂O, Two-Dimensional (C₄N₂H₁₂)₂(U₂O₄F₅)₄·11H₂O, and Three-Dimensional (C₄N₂H₁₂)U₂O₄F₆”. J. Am. Chem. Soc. 121 (45): sid. 10513–10521. doi:10.1021/ja992145f.

[10] ”Uranium Hexafluoride: Source: Appendix A of the PEIS (DOE/EIS-0269): Physical Properties”. web.evs.anl.gov. https://web.evs.anl.gov/uranium/guide/ucompound/propertiesu/hexafluoride.cfm.

[11] ”Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process”. Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process. USEC Inc. http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.asp. Arkiverad 19 oktober 2007 hämtat från the Wayback Machine. ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 19 oktober 2007. https://web.archive.org/web/20071019081831/http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.asp. Läst 11 januari 2023.

[12] TranslatorsCafé (1 February 2021). ”Unit converter molar mass calculator”. Unit converter molar mass calculator. Mississauga, Ontario, Canada: ANVICA Software Development. https://www.translatorscafe.com/unit-converter/en-US/molar-mass/?q=UF6.

[gov-13] [a b] ”How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?”. Depleted UF₆ FAQs. Argonne National Laboratory. https://web.evs.anl.gov/uranium/faq/mgmt/faq23.cfm.

[dok-14] [a b] ”Documents”. Documents. http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. Arkiverad 16 februari 2008 hämtat från the Wayback Machine. ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 16 februari 2008. https://web.archive.org/web/20080216013118/http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. Läst 11 januari 2023.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]